众所周知，元素周期表是将人们已知的元素按一定的规律进行排列而形成的表格。横向是所谓的“周期”的体现，而纵向是体现一类元素之间的相似性，即所谓的“族”。这些分类是根据元素的性质人为划分的，所以并不是毫无争议的。今天，我们就来看看争议的焦点-第三副族。

        这里先说一下，在国内的教材中是分为8个主族和10个副族进行讨论的，而根据IUPAC的规定，取消了主副，简单的列为1-18族，因此这里也可以说是第3族问题。

         我们知道族就是一竖列相似的元素，他们的外层电子排布类似，因此具有相似的化学性质，这里面典型的就是碱金属，卤素和稀气。碱金属最外都是一个s电子，非常容易失去，因此性质极其活泼，卤素恰好相反，只差一个p电子，因此也非常活泼，而稀有气体不要也不缺，化学性质非常惰性。上面的例子都是主族，但是到了第四周期出现了填d电子的副族，情况就复杂很多。它们不仅经常出现特例的排布，而且往往同一族的元素排布都不一样。这在化学性质上也非常明显:锆铪的相似性远远大于它们和钛，而到了锌族，却变成了锌镉的相似性远大于它们和汞。金银铜就更有意思了，在水溶液里常见稳定价态都不一样，分别是+3，+1，+2。

        现在我们回到正题，第三副族理论上就是第四周期之后的碱土金属后面的元素。因为(n-1)d的能量比ns还高，因此会插到下一周期再填，但是又没有np的能量高，因此在下一周期产生了一长条副族元素，典型的就是铁:[Ar]3d6 4s2。这个在副族第一个元素钪就体现出来了，它的排布是[Ar]3d1 4s2，而不是[Ar]4s2 4p1或者其他的什么。因此钪应该是名副其实的第三副族元素，这个是没有争议的。

        到了第五周期，钇也和钪一样，排布是[Kr]4d1 5s2，所以它也是无争议的第三副族。但是到了第六周期问题就来了。由于第四层电子开始有了f轨道，而(n-2)f轨道的能量插到了ns之后，因此它们给之后下下周期又增加了长长的一排。4f插到了第六周期，这时候问题就显而易见了，第六周期的镧还是第三副族的成员吗？

       很多人可能会觉得这里没有争议，因为之前第四周期刚主现副族的时候，这增加的一排中，最后锌成为了副族元素，而不是钙。那这里按照规矩镧肯定是这个新增的“副副族”成员，而最后的镥才应该是第三副族的元素。但是这里忽略了一个问题，就是不规则的电子排布。之前d电子插进来的时候并没有出现先后顺序变化的问题。钙锶钡在填第二个电子的时候，根本不会出现(n-1)d1 ns1的情况，都是标准的ns2，因此我们不会去讨论它们和锌镉汞谁才是副族元素。但是到了4f这的时候，它出现了问题，它的能量还不够低，镧先把5d填了，因此镧不是4f1 6s2，而变成了5d1 6s2，这样它的排布就变成了和钪钇一样。所以，从这里考虑它应该就是第三副族的。其实这个问题到铈还是没解决，铈是4f1 5d1 6s2而不是标准的4f2 6s2。而镱的排布最早被认为是[Xe]4f13 5d1 6s2，而镥是4f14 5d1 6s2，因此我们认为镥最后填的还是4f，所以这个第三副族的位置可以不给它。在这个情况下，第三副族就应该是钪，钇，镧，锕。

        但是，后来人们修正了镱的排布，是4f14 6s2，因此在镱的时候4f亚层就满了，那新增的“副副族”到这就结束了，而镥则名正言顺地成为了第六周期第一个副族元素。就算镧是5d1 6s2，那也是特例，不影响分类。更别说下一周期到钍连f电子都没填上，这[Rn]6d2 7s2，如果不是特例，按上种分类那不得放第四副族的铪([Xe]4f14 5d2 6s2)下面去了？因此持这种观点的话，那第三副族就应该是钪，钇，镥，铹。

        因为两种理论都非常有道理，因此又有人提出，甭管特不特例，因为(n-2)f和(n-1)d的填入过于混乱，因此干脆全开除出第三副族，全部认为是“副副族”元素，这样只剩钪钇，还有什么争议？

       但是这种强行分裂的方法也非常不妥。当年发现镧~镥一系列稀土元素的时候，钇因为性质过于相似，和它们是共生的。由于4f电子埋的太深，它们非常难失去，因此镧~镥这些元素都倾向于失去三个电子，达到了高度统一，这与副族元素完全一样，因此有人觉得这些元素都是三价元素，我们把它们全部当作第三副族的小分类就完了，而不是尝试与各副族并列或者一一合并。因此这种分类把这族元素扩大成了32个元素，而不是简单的一竖列。

       当然这种全部合并的方式也有问题，主要出在锕系。与镧系不同，5f电子和4f不一样，它们的能量在前段元素与6d能量接近，因此前面几个元素的稳定价态根本不是三价，只有锕以及镅~钔，铹是三价，钍钚是四价，镤镎是五价，铀是六价，锘二价。

       最后再补充说一个奇葩的，由于相对论效应，重元素的排布开始不断偏离“正轨”。这里主要是铹的问题。铹的排布是[Rn]5f14 7s2 7p1，非常离谱，因为它居然跳过了6d直接填7p，这就好像在第四周期的时候，钪排布变成了镓。这也说明，之前第二种钪钇镥铹分类也是有问题的。

        总之，这个第三副族是目前周期表族分类里问题最大的一个。当然，当我们陆续发现第八周期超重元素的时候，届时会出现崭新的5g轨道，那这一定会给我们的周期表再来更多的分类问题。